新型寶鋼1#RH頂槍噴粉脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

徐 忍

(上海寶冶集團(tuán)有限公司 寶鋼工程事業(yè)部，上海 200941)

0 前言

硫在大部分鋼種中都是屬于有害元素(除易切削鋼外)，硫在鋼中以共晶體的形式存在，嚴(yán)重影響鋼的沖擊韌性和延展性[1]。隨著制造業(yè)對鋼的性能要求越來越高，對鋼中硫含量的要求越來越嚴(yán)格，這對煉鋼提出了更高的要求。目前煉鋼生產(chǎn)過程中控制硫含量主要集中在鐵水預(yù)處理和爐外精煉中，其中爐外精煉控制硫含量主要有LF深脫硫和RH真空脫硫。主要真空脫硫方式有噴粉脫硫和投入法脫硫，噴粉脫硫根據(jù)脫硫粉劑在RH裝置內(nèi)加入的方式不同又可以分為RH-IJ法、RH-PB法、RH-PTB法、RH-KPB法、VI真空法和MESID法。RH頂槍噴粉脫硫具有其獨(dú)特的優(yōu)勢[2]：(1) 粉劑通過多功能水冷頂槍送入到鋼液之中，在真空室內(nèi)負(fù)壓的環(huán)境下輸送粉劑，粉劑輸送流暢，噴嘴不易堵塞；(2)頂槍不與鋼液直接接觸，槍使用壽命長，降低生產(chǎn)成本；(3) 脫硫反應(yīng)為脫硫劑-鋼液界面反應(yīng)，反應(yīng)動力學(xué)條件好；(4) 真空槽內(nèi)的高真空度降低鋼液中的氧活度，更有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行；(5) 生產(chǎn)周期短，處理能力大，精煉效果好。文章主要闡述寶鋼新建1#RH頂槍噴粉系統(tǒng)的組成、工藝流程和相應(yīng)的技術(shù)優(yōu)化措施。

1 頂槍噴粉系統(tǒng)的原理簡圖

寶鋼新建1#RH頂槍噴粉脫硫系統(tǒng)主要由德國西馬克公司(SMS)設(shè)計(jì)制造，部分采用國產(chǎn)化設(shè)備。系統(tǒng)主要由汽車上料系統(tǒng)、儲料倉、倉頂除塵器、旋轉(zhuǎn)給料器、輸送罐、噴吹罐、頂槍、氮?dú)鈿庠春烷y站、氬氣氣源和閥站、噴粉上料閥站、粉劑流化裝置、各類閥門和管路組成，系統(tǒng)簡要原理圖如圖1所示。

圖1 寶鋼新建1#RH頂槍噴粉脫硫系統(tǒng)簡圖

2 工藝流程

2.1 RH頂槍噴粉脫硫原理

RH頂槍噴粉脫硫原理是脫硫粉劑中的CaO成分在鋼液中與硫反應(yīng)生成CaS，從而達(dá)到降低鋼液中硫元素的目的。RH頂槍噴粉脫硫可以分為移動脫硫和持續(xù)性脫硫兩種方式[3]。移動脫硫是指脫硫劑在運(yùn)動過程中與鋼液發(fā)生脫硫反應(yīng)；持續(xù)性脫硫是指脫硫劑上浮進(jìn)入到頂渣后通過渣-鋼界面進(jìn)行脫硫。對于RH噴粉脫硫而言，移動脫硫在RH噴粉脫硫過程中的貢獻(xiàn)率要遠(yuǎn)大于持續(xù)性脫硫。但是在RH生產(chǎn)過程中，鋼液循環(huán)流動速度較大，脫硫劑很快就會進(jìn)入到鋼渣之中，移動脫硫就轉(zhuǎn)變?yōu)槌掷m(xù)性脫硫。脫硫反應(yīng)方程式為

(CaO)+[S]=(CaS)+[O]

2.2 噴粉脫硫系統(tǒng)工作流程

如圖1所示，粉劑在罐車氣源系統(tǒng)和助推氣源的作用下將粉劑送入到料倉；粉劑經(jīng)流化器流化后在旋轉(zhuǎn)給料器旋轉(zhuǎn)帶動下落入輸送罐；粉劑在輸送罐中經(jīng)過進(jìn)一步加壓達(dá)到設(shè)定壓力后壓送到噴吹罐；根據(jù)生產(chǎn)需要由稱量系統(tǒng)計(jì)算出需要的粉劑重量，粉劑由噴吹罐經(jīng)多功能頂槍的拉瓦爾噴口最后到達(dá)真空室中的鋼液參與脫硫反應(yīng)。此系統(tǒng)設(shè)置兩路粉劑返送管：輸送罐至料倉，噴吹罐至料倉。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要檢修時(shí)，將輸送罐至噴吹罐、噴吹罐至多功能頂槍的耐磨橡膠軟管斷開分別連接到返送管15和14，管路和罐中的粉劑返送到料倉。在料倉中的粉劑卸入輸送罐和輸送罐中的粉劑輸送到噴吹罐時(shí)，將均壓管13和18分別與料倉聯(lián)通，使料倉與輸送罐和噴吹罐內(nèi)壓力近于相等。

3 技術(shù)優(yōu)化

3.1 汽車上料系統(tǒng)

噴粉系統(tǒng)的輸送及噴吹過程，在設(shè)計(jì)上完全采用了氣力輸送原理[4]。根據(jù)粒子沉降速度和粒子之間以及粒子和管壁之間的互相摩擦、碰撞或粘附作用，結(jié)合流量、連續(xù)方程及沿程壓力損失計(jì)算出合適的輸送氣流速度將汽車運(yùn)送過來的氧化鈣(CaO)和氟化鈣(CaF2)送到料倉中[5]。噴粉脫硫用粉劑中起到脫硫作用的是氧化鈣(CaO)，氟化鈣(CaF2)的作用可顯著提高氧化鈣(CaO)的脫硫率和利用率:一方面可以降低氧化鈣(CaO)的熔點(diǎn)，另一方面氟化鈣(CaF2)可降低渣的粘度,有助于石灰顆粒的液化,有利于提高氧化鈣(CaO)的脫硫能力,促進(jìn)脫硫反應(yīng)的順利進(jìn)行[6]。

整個(gè)噴粉系統(tǒng)是由德國西馬克(SMS)公司設(shè)計(jì)，在生產(chǎn)過程中，由于粉劑會在管路彎曲部分改變速度方向，導(dǎo)致該部位不斷有粉劑積聚在一起，最終會阻礙粉劑的正常輸送。因此，寶鋼通過生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)分析，對上料系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)優(yōu)化，在管路彎曲部分增加了助推氣源，助推氣及時(shí)的將輸送過來的粉劑進(jìn)一步硫化后送入料倉中，如圖2所示。

圖2 粉劑助推氣管路

3.2 物料返送管

寶鋼新建1#RH頂槍噴粉脫硫系統(tǒng)物料返送管設(shè)置了兩路返送：輸送罐至2#料倉，噴吹罐至1#料倉。較于傳統(tǒng)的噴吹罐至料倉的一路返送管，兩路返送具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)物料返送更徹底。檢修時(shí)，需要將罐子和管路中剩余的粉劑返送到料倉中，傳統(tǒng)的一路返送管由于返送路程較長，無法將剩余粉劑徹底返送至料倉中；

(2)返送效率更高。兩路返送管同時(shí)將剩余粉劑返送至料倉，減少了返送過程中的阻力和沿程損失，返送效率更高。

3.3 系統(tǒng)采用“雙罐”制

對比寶鋼5#RH頂槍噴粉脫硫系統(tǒng)采用噴吹罐“單罐”制噴吹，此次新建系統(tǒng)采用輸送罐和噴吹罐“雙罐”制噴吹。“雙罐”制系統(tǒng)能夠降低料倉在工藝平臺的安裝高度，從而降低安裝過程

中的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)為日后的檢修提供更加便捷的條件。“雙罐”制系統(tǒng)還能夠減小汽車上料系統(tǒng)的上料高度，減小管路輸送過程中粉劑與管壁的摩擦阻力。

3.4 氣源一致性

為了保持與鋼包底吹攪拌氣體、真空槽上升浸漬管側(cè)吹鋼液上升氣體氬氣保持一致性，頂槍噴粉脫硫系統(tǒng)噴吹罐粉劑輸送氣體采用氬氣輸送，其余部分采用氮?dú)廨斔汀?/p>

4 結(jié)束語

寶鋼新建1#RH頂槍噴粉脫硫系統(tǒng)自投產(chǎn)以來運(yùn)行情況良好，上料系統(tǒng)增加的粉劑助推管路有效地解決了粉劑輸送過程中的堵塞問題。該系統(tǒng)的投產(chǎn)運(yùn)行可以處理轉(zhuǎn)爐過來的超過鋼種所要求的一定范圍內(nèi)硫含量的鋼液，降低了LF+RH的雙重處理比，解決了因LF脫硫效率低而引起的工藝銜接問題。平均每噸鋼的脫硫劑耗量約6 kg，可以達(dá)到60%的脫硫率，大大降低了生產(chǎn)成本。